2019-2020学年物理高中人教版选修3-2学案：5.4变压器

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2019-2020年人教版高中物理选修3-2课后训练：5.4 变压器含答案

第五章第4节一、选择题1．关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是( ) A ．通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变 B ．穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等 C ．穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势 D ．原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈答案 C解析通有正弦交变电流的原线圈产生的磁场是变化的，由于面积S 不变，故磁通量Φ变化，A 错误；因理想变压器无漏磁，故B 错误；由互感现象知C 正确；原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能，原副线圈通过磁场联系在一起，故D 错误。

2．对理想变压器作出的判断正确的是( ) A ．高压线圈匝数多、电流大、导线粗 B ．低压线圈匝数少、电流小、导线细 C ．高压线圈匝数多、电流大、导线细 D ．低压线圈匝数少、电流大、导线粗答案 D解析电压高的匝数多，电流小，用细线。

电压低的，匝数少，电流大，用粗线。

3．(多选)理想变压器正常工作时，原、副线圈中的电流为I 1、I 2，电压为U 1、U 2，功率为P 1、P 2，关于它们之间的关系，下列说法中正确的是( )A ．I 1由I 2决定B ．U 2与负载有关C ．P 1由P 2决定D ．以上说法都不正确答案 AC解析对理想变压器的电流关系可写成I 1＝n 2n 1I 2，原线圈中的电流与副线圈中的电流成正比，所以原线圈中的电流由副线圈中的电流决定；功率关系为：负载用多少，原线圈端就输入多少，因此选项A 、C 正确。

4．一台理想变压器从10 kV 的线路中降压并提供200 A 的负载电流。

已知两个线圈的匝数比为40∶1，则变压器原线圈的电流、输出电压及输出功率是( )A ．5 A,250 V,50 kWB ．5 A,10 kV,50 kWC ．200 A,250 V,50 kWD ．200 A,10 kV,2×103kW 答案 A解析设原线圈输入电压、电流、功率分别为U 1、I 1、P 1，副线圈输出电压、电流、功率分别为U 2、I 2、P 2，原、副线圈匝数分别为n 1、n 2。

人教版高二物理选修3-2第五章 5.4《变压器》学案设计

变压器知识梳理1.变压器：是改变__________的电器设备，由__________和两个绕在铁芯上的__________组成，其中与电源连接的叫__________，与负载连接的叫___________.2.变压器的工作原理：变压器的工作基础是__________现象，原线圈中的交变电流所激发的磁场不仅穿过__________，也同时穿过__________，变化的磁场在__________中产生__________.3.理想变压器：没有__________损失的变压器叫做理想变压器.4.电压与匝数的关系是：原、副线圈的__________等于两个线圈的.5.常见的变压器有：__________变压器、__________变压器、__________互感器、__________互感器.疑难突破如何理解变压器的工作原理？剖析：1.变压器的构造如图所示为变压器的结构图，原线圈接电源，副线圈接负载，两个线圈都绕在叠合而成的硅片上，硅钢片都涂有绝缘漆.2.变压器的工作原理变压器的变压原理是电磁感应，当原线圈上加交变电压U 1时，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中都要产生感应电动势.如果副线圈是闭合的，则副线圈中将产生交变的感应电流，它也在铁芯中产生交变磁通量，在原、副线圈中同样要引起感应电动势.由于这种互相感应的互感现象，原、副线圈虽然不相连，电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线圈，其能量转换方式为：. 3.理想变压器的规律（1）理想变压器的特点：①原、副线圈不计内阻，即不产生焦耳热.②变压器铁芯内无漏磁.（2）变压公式：2121n n U U .问题探究问题：怎样探究理想变压器中的规律？并推导之.探究：(1)电动势关系：由于互感现象，没有漏磁，原、副线圈中具有相同的磁通量的变化率t ∆∆Φ.如图根据法拉第电磁感定律，原线圈中E 1=n 1t ∆∆Φ，副线圈中E 2=n 2t ∆∆Φ，所以有2121n n E E =.(2)电压关系：由于不计原、副线圈的电阻，因而U 1=E 1，U 2=E 2，所以有2121n n U U =.这与实验探究得到的规律相同.若n 1＜n 2，U 1＜U 2，就是升压变压器；若n 1＞n 2，U 1＞U 2，就是降压变压器.输出电压U 2由输入电压U 1和n 1、n 2共同决定.（3）电流关系：由于不存在各种能量损失，所以变压器的输出功率等于输入功率，P 2=P 1，用U 、I 代换得：U 2I 2=U 1I 1，所以有1221U U I I =，再由2121n n U U =得：1221n n I I =，这就是电流与匝数的关系，原、副线圈中的电流与匝数成反比.输入功率P 1由输出功率P 2决定，负载需要多少功率，原线圈端就输入多少功率. 输入电流I 1由输出电流I 2和n 1、n 2共同决定，若空载，即I 2=0，则I 1=0.原线圈中的电流又可理解成是副线圈的反射电流，在匝数比一定的情况下，这两个电流成正比. 典题精讲【例1】如图所示为理想变压器供电的电路，若将S 闭合，则电流表A 1的示数将___________，电流表A 2的示数将___________，电流表A 3的示数将___________，电压表V 的示数将___________.（填“变大” “变小”或“不变”）思路解析：由1212n n U U =知V 示数不变.闭合S 后R 1与R 2并联，负载电阻R 变小，I 2=RU 2U 2R ，所以A 2示数变大.由于U 2、R 1未变，I 1=12R U ，所以A 1示数不变.根据I 1U 1=I 2U 2，因为U 2不变，I 2变大，U 1不变，所以I 1变大，即A 3示数变大.答案：不变变大变大不变【例2】如图所示，与理想变压器相连的四只灯泡相同，变压器原、副线圈的匝数比为3∶1，接在副线圈上的三只灯泡正常发光.则对于串联在原线圈上的灯泡A( )A.比正常发光时的亮度更大B.也能正常发光C.比正常发光时的亮度更暗D.无法判断其亮度情况思路解析：灯泡A 的亮度如何，主要看灯泡A 的功率多大，在本题中就是看通过灯泡A 的电流如何变化.设每只灯的额定电流为I 0，因并联在副线圈两端的三只灯泡正常发光，所以副线圈中的电流I 2=3I 0.由21I I =12n n 得原线圈的电流I 1=12n n I 2=I 0，恰为灯泡A 的额定电流，因此灯泡A 也能正常发光.答案：B知识导学互感现象是变压器工作的基础，要在学习电磁感应的基础上理解互感现象.这里的关键是明白原线圈和副线圈有共同的铁芯，穿过它们的磁通量和磁能量变化时时都是相同的，因而，其中的感应电动势（或端电压）之比只与匝数有关.这样，原、副线圈的匝数不同，就可以改变电压了.因此必须对前面互感一节要做好复习.疑难导析1.(1)变压公式是由电磁感应原理推导出来的;(2)在忽略原、副线圈电阻的情况下，U 1=E 1，U 2=E 2，E 1和E 2是两线圈产生的感应电动势，U 1和U 2是线圈两端的电压；(3)U 1和U 2的大小与副线圈的负载无关；(4)若变压器有两个副线圈，则有2121n n U U =,3131n n U U =或3132n n U U =.2.电流关系：据输入功率等于输出功率I 1U 1=I 2U 2及2121n n U U =知1221n n I I =. (1)变压器的输入功率决定于输出功率，即用多少给多少;(2)若变压器有两个副线圈，则有I 1n 1=I 2n 2+I 3n 3.问题导思1.理想变压器的规律（1）理想变压器原副线圈电压关系：2121n n U U =，若有多个副线圈，则有332211n U n U n U ===……（2）功率关系：根据能量守恒有P 入=P 出，I 1U 1=I 2U 2，或I 1U 1=I 2U 2+I 3U 3+……（3）电流关系：电流关系是由功率关系决定的.定量：I 1n 1=I 2n 2或I 1n 1=I 2n 2+I 3U 3+……定性：因P 入随P 出的变化而变化，故I 1随I 2的变化而变化，当I 2=0时，I 1很小. 变压器高压圈匝数多而导线细，低压圈匝数少而导线粗，是区别高低压线圈的方法.2.常用变压器的类型自耦变压器、调压变压器、互感器（电压互感器、电流互感器）.典题导考绿色通道：负载发生变化时，判断电流和电压如何变化，先要由2121n n U U =判断U 2是否变化，再根据U 2及负载电阻变化的情况，由欧姆定律确定线圈中的电流I 2的变化情况；最后再由P 入=P 出判断原线圈中电流的变化情况.【典题变式1】如图甲所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L 1和L 2，输电线的等效电阻为R ，开始时，开关S 断开，当S 接通时，以下说法中正确的是( )A.副线圈两端M 、N 的输出电压减小B.副线圈输电线等效电阻R 上的电压降增大C.通过灯泡L 1的电流减小D.原线圈中的电流增大答案：BCD绿色通道：考查变压器的电流与匝数的关系时，若从电压与匝数的关系分析，不容易得出结论，因为变压器原线圈两端的电压与总的输入电压不相等，输入电压等于灯A两端的电压和原线圈两端电压之和，所以对待问题要灵活处理.【典题变式2】如图乙所示，一理想变压器的变压比为3∶1，图中四只灯泡完全相同.在L1、L2、L3正常发光的条件下，若断开L4，则( )A.L1、L2、L3变亮B.L1、L2、L3变暗C.L1变亮，L2、L3变暗D.L1变暗，L2、L3亮度不变答案：D。

2019-2020年高中物理5.4《变压器》教案新人教版选修3-2

2019-2020年高中物理5.4《变压器》教案新人教版选修3-2教学目的：I、了解变压器的构造，理解变压器的工作原理。

2、掌握变压器的变流比和变压比。

3、了解几种常见的变压器。

教学准备：幻灯片、可拆迁变压器、学生电源、演示电流表、教学过程：一、知识回顾1、产生电磁感应现象的条件。

2、法拉第电磁感应定律。

二、新课教学：1.变压器的构造原线圈、副线圈、铁心2•变压器的工作原理在原、副线圈上由于有交变电流而发生的互相感应现象，叫做互感现象，互感现象是变压器工作的基础。

3. 理想变压器磁通量全部集中在铁心内，变压器没有能量损失，输入功率等于输出功率。

4•理想变压器电压跟匝数的关系：U i/U2= n i/n 2说明：对理想变压器各线圈上电压与匝数成正比的关系，不仅适用于原、畐惘只有一个的情况，而且适用于多个副线圈的情况。

即有=……。

这是因为理想变压器的磁通量全部集中在铁心内。

因此穿过每匝线圈的磁通量的变化率是相同的，每匝线圈产生相同的电动势，因此每组线圈的电动势与匝数成正比。

在线圈内阻不计的情况下，每组线圈两端的电压即等于电动势，故每组电压都与匝数成正比。

5•理想变压器电流跟匝数的关系I i/l 2= n 2/n i （适用于只有一个副线圈的变压器）说明：原副线圈电流和匝数成反比的关系只适用于原副线圈各有一个的情况，一旦有Uil i = 多个副线圈时，反比关系即不适用了，可根据输入功率与输出功率相等的关系推导出:Ual2+ U3I3+U414+……再根据U2=U U 3=U U= U4……可得出：n i l i=n2l 2+ n 313+ n 414+6 .注意事项（1）当变压器原副线圈匝数比（）确定以后，其输出电压U2是由输入电压U i决定的（即U2=U）但若副线圈上没有负载，副线圈电流为零输出功率为零，则输入功率为零，原线圈电流也为零，只有副线圈接入一定负载，有了一定的电流，即有了一定的输出功率，原线圈上才有了相应的电流（I i=l 2），同时有了相等的输入功率，（P 入=P出）所以说：变压器上的电压是由原线圈决定的，而电流和功率是由副线圈上的负载来决定的。

新人教版高中物理选修3-2第五章《变压器》精品教案

学
手机充电器 4.2V 4.4V5.3V 录音机 6V 9V 12V
我们发现不同的用电器所需的额定电压是不同的，但是我国民用供电电压均为 220V，怎样才能让这些工作电压不同的用电器正常工作呢？
过
二、自主、合作、探究自主、合作、思考与讨论：思考与讨论右图中为了讨论使小灯泡对于左侧的电源有什使小灯泡发光，对于左侧的电源有什么要求？并说明原因。（提示：么要求？（3 分钟）恒定电流、交变电流）
过
程
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探究：理想变压器的输出电流和输入电流之间的关系探究：理想变压器的输出电流和输入电流之间的关系电流和输入电流 1、从能量转化和守恒的角度来分析变压器里面的能量转化情况。变压器输入的是，经过原线圈转化为，通过铁芯传递到副线圈，经过副线圈转化为。 2、对于理想变压器来说是没有能量损失的，所以理想变压器输入的能量等于输出的能量，也就是理想变压器的输出功率等于输入功率。（输出功率决定输入功率输出功率决定输入功率）输出功率决定输入功率 3、理想变压器原副线圈的电流关系是怎样的？（提示：P=UI）
总结本节知识要点（2 分钟）
备注
课下练习 1、一个正常工作的理想变压器的原副线圈中，下列的哪个物理量不一定相等（） A．交流的频率 B．电流的有效值 C．电功率 D．磁通量变化率 2、理想变压器的原线圈的匝数为 110 匝，副线圈匝数为 660 匝，若原线圈接在 6 V 的电池上，则副线圈两端电压为（） A.36 V B.6 V C.1 V D.0 V ） 3．理想变压器原、副线圈的电流为 I1、I2，电压为 U1、U2，功率为 P1、P2，关于它们的关系，正确的是（ A.I2 由 I1 决定 B.U2 与负载有关 D.U1 由 U2 决定 C.P1 由 P2 决定 4．一台理想变压器原、副线圈匝数比为 22∶1，当原线圈两端输入 u1=220 2 sin314t V 的交变电压时，下列说法正确的是（）

2019-2020学年物理人教版选修3-2强化演练：5-4 变压器 Word版含解析

第五章第4节变压器课后强化演练一、选择题1．(多选)理想变压器的原、副线圈中一定相同的物理量有( ) A ．交流电的频率 B ．磁通量的变化率 C ．功率D ．交流电的峰值解析：理想变压器没有漏磁，没有能量损失，所以原、副线圈中磁通量变化率相同，原、副线圈中功率相同，B 、C 项正确；变压器的原理是互感现象，其作用改变电压不改变频率，A 项正确，D 项错误．答案：ABC2．(多选)(2017·遵义市模拟)图甲左侧的调压装置可视为理想变压器，负载电路中R ＝55 Ω，A 、V 为理想电流表和电压表，若原线圈接入如图乙所示的正弦交变电压，电压表的示数为110 V ，下列表述正确的是( )A ．电流表的示数为2 AB ．原、副线圈匝数比为1 ∶2C ．电压表的示数为电压的有效值D ．原线圈中交变电压的频率为100 Hz解析：根据闭合电路欧姆定律可知，电流表示数I 2＝U 2R＝2 A ，A 选项正确；分析图乙可知，原线圈两端电压的有效值U 1＝220 V ，根据理想变压器电压和匝数关系可知，U 1U 2＝n 1n 2＝2 ∶1，B 选项错误；电压表示数为电压的有效值，C 选项正确；理想变压器不会改变电压的频率，分析乙图可知，交变电压的频率为50 Hz ，D 选项错误．答案：AC3．(2017·平遥中学月考)如图所示，匝数为100匝的矩形线圈abcd 处于磁感应强度B ＝6225πT 的水平匀强磁场中，线圈面积S ＝0.5 m 2，内阻不计；线圈绕垂直于磁场的轴OO ′以角速度ω＝10π rad /s 匀速转动；线圈通过金属滑环与理想变压器原线圈相连，变压器的副线圈接一只“12 V ,12 W”的灯泡，灯泡正常发光，下列说法中正确的是( )A ．通过灯泡的交变电流的频率是50 HzB ．矩形线圈中产生的电动势的最大值为120 VC ．变压器原、副线圈匝数之比为10 ∶1D ．若将该灯泡更换为“12 V,24 W”的灯泡且保证其正常发光，需要增大矩形线圈的转速解析：根据角速度和频率的关系可知，通过灯泡的交变电流的频率f ＝ω2π＝5 Hz ，A 选项错误；根据交变电流的产生原理可知，矩形线圈产生电动势的最大值U m ＝nBSω＝120 2 V ，B 选项错误；原线圈输入电压的有效值U 1＝U m2＝120 V ，根据理想变压器电压和匝数的关系可知，U 1U 2＝n 1n 2＝10 ∶1，C 选项正确；灯泡的额定电压不变，不需要改变交变电压的转速，D 选项错误．答案：C4．如图所示为理想变压器．原线圈的匝数为1 000匝，两个副线圈n 2＝50匝，n 3＝100匝，L 1是“6 V,2 W”的小灯泡．L 2是“12 V ,4 W”的小灯泡，当n 1接上交变电压时，L 1、L 2都正常发光，那么原线圈中的电流为( )A.160 AB.130 AC.120 AD.110A 解析：P 出＝2 W ＋4 W ＝6 W ，由P 入＝P 出，得I 1U 1＝6 W ，又U 1U 2＝n 1n 2，所以U 1＝n 1n 2U 2＝1 00050×6 V ＝120 V ，所以I 1＝6120 A ＝120A ．故正确答案为C.答案：C5．(多选)如图1所示的变压器，接如图甲所示的交流电时．灯泡正常发光，电容器能正常工作．现将电源换成如图乙所示的交流电．则( )A ．由于乙交变电流的周期变短，因此灯泡比第一次亮B ．由于乙的频率比甲的大，因此电容器有可能被击穿C ．无论接甲，还是接乙电源，若滑动触头P 向上移动，灯泡都变暗D ．若将原线圈n 1的匝数增加，灯泡消耗的功率将变小解析：乙交变电流的周期小，频率高，但是灯泡作为纯电阻电路，亮度与周期无关，由有效值决定，甲、乙交变电流的有效值相等，故灯泡一样亮，A 选项错误；电容器能否被击穿，取决于电压的最大值，两种交流电电压的最大值相等，故B 选项错误；将滑动触头P 向上移动时，电阻变大，理想变压器的输出电压不变，根据欧姆定律可知，流过灯泡的电流变小，灯泡变暗，C 选项正确；将原线圈的匝数n 1增加，根据理想变压器电压和匝数关系可知，输出电压变小，灯泡消耗的功率变小，D 选项正确．答案：CD6．(多选)(2017·德州市月考)如图所示，变压器原线圈接电压一定的交流电，在下列措施中能使电流表示数变小的是( )A ．只将S 1从2拨向1B ．只将S 2从4拨向3C ．只将S 3从闭合改为断开D ．只将变阻器R 3的滑动触头上移解析：只将S 1从2拨向1，原线圈匝数减小，根据理想变压器电压和匝数的关系可知，U 1U 2＝n 1n 2，输出电压变大，根据闭合电路欧姆定律可知，输出电流变大，则输入电流变大，电流表示数变大，A 选项错误；只将S 2从4拨向3，则输出电压变小，输出电流变小，则输入电流变小，B 选项正确；只将S 3从闭合改为断开，副线圈电阻增大，输出电流变小，输入电流变小，C 选项正确；只将变阻器R 3的滑动触头上移，副线圈电阻增大，则输入电流变小，D 选项正确．答案：BCD 二、非选择题7．(2017·武邑中学月考)交流发电机的发电原理是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO ′匀速转动．一小型发电机的线圈共220匝，线圈面积S ＝0.05 m 2，线圈转动的频率为50 Hz ，线圈内阻不计，磁场的磁感应强度B ＝2πT ．如果用此发电机带动两个标有“220 V ,11 kW”的电机正常工作，需在发电机的输出端a 、b 与电机之间接一个理想变压器，电路如下图．求：(1)发电机输出电压的有效值为多少？ (2)变压器原副线圈的匝数比为多少？(3)与变压器原线圈串联的交流电流表的示数为多少？解析：(1)矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO ′匀速转动，产生正弦式交流电，最大值E m ＝NBSω＝1 100 2 V ，根据正弦式交流电的规律可知，输出电压的有效值U 1＝E m 2＝1 100 V .(2)电机正常工作，副线圈两端电压U 2＝220 V ，根据理想变压器电压和匝数关系可知，U 1U 2＝n 1n 2＝5 ∶1. (3)理想变压器的输入功率和输出功率相等，P 1＝P 2＝22 kW ，根据功率公式P 1＝U 1I 1，解得交流电流表示数I 1＝20 A.答案：(1)1 100 V (2)5 ∶1 (3)20 A8．图甲为一理想变压器，ab 为原线圈，ce 为副线圈，d 为副线圈引出的一个接头，原线圈输入正弦式交变电压的u -t 图象如图乙所示．若只在ce 间接一只R ce ＝400 Ω的电阻，或只在de 间接一只R de ＝225 Ω的电阻，两种情况下电阻消耗的功率均为80 W.(1)请写出原线圈输入电压瞬时值u ab 的表达式； (2)求只在ce 间接400 Ω电阻时，原线圈中的电流I 1； (3)求ce 和de 间线圈的匝数比n cen de .解析：(1)由题图乙知ω＝200π rad/s 电压瞬时值u ab ＝400sin200πt (V)． (2)电压有效值U 1＝200 2 V 理想变压器P 1＝P 2 原线圈中的电流I 1＝P 1U 1解得I 1≈0.28 A ⎝⎛⎭⎫或25 A . (3)设ab 间匝数为n 1 U 1n 1＝U cen ce 同理U 1n 1＝U den de由题意知U 2ce R ce ＝U 2deR de解得n cen de＝R ceR de代入数据得n ce n de ＝43.答案：(1)u ab ＝400sin200πt (V) (2)0.28 A ⎝⎛⎭⎫或25 A (3)n ce n de＝43。

物理选修32人教新课标5.4变压器教案.

选修3-2第五章第4节《变压器》教课方案界首一中陈伟教课目的1.知识与技术1）知道变压器的结构。

理解互感现象，理解变压器的工作原理。

2）理解理想变压器原、副线圈中电压、电流与匝数的关系，能应用它剖析解决相关问题。

3）知道课本中介绍的几种常有的变压器。

2.过程与方法1）用电磁感觉去理解变压器的工作原理，培育学生综合应用所学知识的能力。

2）解说理想变压器使学生认识成立物理模型的意义。

3.感情态度与价值观1）使学生领会到能量守恒定律是广泛合用的。

2）培育学生脚踏实地的科学态度。

教课要点变压器工作原理及工作规律。

教课难点理解副线圈两头的电压为交变电压。

推导变压器原副线圈电流与匝数关系。

掌握公式中各物理量所表示对象的含义。

教课方法实验研究、演绎推理。

教课器具可拆变压器、沟通电压表、沟通电流表、灯泡、自耦变压器、调压器、导线等。

课时安排课时教课过程【引入新课】在实质应用中，经常需要改变沟通的电压。

大型发电机发出的沟通，电压有几万伏，而远距离输电却需要高达几十万伏的电压。

各样用电设施所需的电压也各不相同。

电灯、电饭煲、洗衣机等家用电器需要220V的电压，机床上的照明灯需要36V的安全电压。

一般半导体收音机的电源电压不超出10V，而电视机显像管却需要10000V以上的高电压。

交流便于改变电压，以适应各样不同需要。

变压器就是改变沟通电压的设施。

这节课我们学习变压器的相关知识。

【新课教课】一、变压器原理［师］出示可拆变压器，指引学生察看，变压器主要由哪几部分构成？［生］变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈构成。

一个线圈跟电源连结，叫原线圈（初级线圈），另一个线圈跟负载连结，叫副线圈（次级线圈）。

两个线圈都是绝缘导线绕制成的。

铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成。

［师］画出变压器的结构表示图和符号，以以下图所示：［演示］将原线圈接照明电源，沟通电压表接到不同的副线圈上，察看沟通电压表能否有示数？［生］电压表有示数且示数不同。

高中物理选修3-2优质学案：5.4 变压器

4 变压器[学科素养与目标要求]物理观念：1.了解变压器的构造及几种常见的变压器.2.理解变压器的工作原理，并能运用电磁感应的规律进行解释.科学思维：1.理想化方法构建变压器模型.2.掌握理想变压器的电压与匝数的关系，并能用它解决相关问题.3.掌握理想变压器的功率关系，并能推导出原、副线圈的电流关系.科学探究：了解探究变压器线圈两端电压与匝数关系的实验方法，经历探究过程，分析现象得出探究结果.一、变压器的原理1.构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，与交流电源连接的线圈叫原线圈，与负载连接的线圈叫副线圈.2.原理：互感现象是变压器工作的基础.原线圈中电流的大小、方向不断变化，在铁芯中激发的磁场也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势.二、电压与匝数的关系1.理想变压器：没有能量损失的变压器叫做理想变压器，它是一个理想化模型.2.电压与匝数的关系原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比，即U1U2＝n1n2.3.理想变压器原、副线圈功率关系P1＝P2(填“>”“＝”或“<”).4.两类变压器副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫降压变压器；副线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫升压变压器.1.判断下列说法的正误.(1)理想变压器原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比.( √ ) (2)输入交变电流的频率越高，输出交变电流的电压就越高.( × ) (3)我们在使用质量好的变压器工作时没有能量损失.( × ) (4)理想变压器不能改变交变电流的频率.( √ )2.一台理想降压变压器从10kV 的线路中降压并提供200A 的负载电流.已知两个线圈的匝数比为40∶1，则副线圈中的输出电压为________，输出功率为________，变压器原线圈中的电流为________.[答案] 250V 50kW 5A[解析] 由U 1U 2＝n 1n 2，得U 2＝U 1n 2n 1＝10×103×140V ＝250 V ；由理想变压器功率关系，得P 入＝P出＝U 1I 1＝U 2I 2＝250×200W ＝50kW ，同时得I 1＝U 2I 2U 1＝250×20010×103A ＝5A.一、变压器的原理及电压与匝数的关系如图所示，把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈(原线圈)通过开关可以连接到交流电源的两端，另一个线圈(副线圈)连到小灯泡上.连接电路，接通电源，小灯泡能发光.(1)两个线圈并没有连接，小灯泡为什么会发光？(2)小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压相等吗？如果不相等，与什么因素有关？ (3)若将原线圈接在恒定的直流电源上小灯泡发光吗？为什么？[答案] (1)当左边线圈接上交流电源时，左边线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生周期性变化的磁场，根据法拉第电磁感应定律知，在右边线圈中会产生感应电动势，右边线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光.(2)左、右线圈中每一圈上磁通量的变化率ΔΦΔt 都相同，若左边线圈匝数为n 1，则U 1＝E 1＝n 1ΔΦΔt .若右边匝数为n 2，则U 2＝E 2＝n 2ΔΦΔt ，故有E 1E 2＝n 1n 2；若忽略左边线圈的电阻，则有U 1＝U 电源，这样看来只要n 1≠n 2，小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压就不相等.小灯泡两端的电压，即副线圈两端的电压与原、副线圈匝数比有关. (3)不发光，因为无法在副线圈中产生感应电动势.1.变压器的原理是互感现象.当原线圈接交变电压时，在铁芯中产生周期性变化的磁场，在副线圈中会产生感应电动势，由于原、副线圈绕在同一个闭合铁芯上，所以穿过每一匝线圈的磁通量的变化率相等，但由于原、副线圈匝数不同，故电压不同.说明：(1)变压器能改变交变电压、交变电流，但不能改变恒定电压、恒定电流. (2)变压器原、副线圈中交流电的频率相等，即变压器不改变交流电的频率. 2.变压器原、副线圈中电压关系 (1)只有一个副线圈：U 1U 2＝n 1n 2(2)有多个副线圈：U 1n 1＝U 2n 2＝U 3n 3＝…例1 (多选)如图1所示的理想变压器，原、副线圈的匝数比n 1∶n 2＝1∶2，U 1＝2202sin ωt (V)，n 1＝1100匝，以下说法中正确的是( )图1A.穿过原、副线圈的磁通量的变化率之比为1∶2B.穿过原、副线圈磁通量的变化率的最大值相等，均为25V C.原、副线圈每一匝产生的电动势有效值相等，均为0.2V D.原、副线圈电压的最大值之比为1∶2 [答案] BCD[解析] 对于理想变压器，由于没有磁通量损耗，所以穿过两个线圈的磁通量大小相等，磁通量的变化率相同，A 错误.根据E 1＝n 1ΔΦΔt 得磁通量的变化率的最大值为每一匝线圈产生的电动势的最大值，即⎝⎛⎭⎫ΔΦΔt max ＝22021100V ＝25V ，所以每一匝产生的电动势的有效值为0.2V ，B 、C 正确.由于匝数比为1∶2，所以原、副线圈电压最大值之比也为1∶2，D 正确. 二、理想变压器原、副线圈的功率关系和电流关系阅读教材回答下列三个问题：(1)什么是理想变压器？理想变压器原、副线圈中的功率有什么关系？ (2)根据能量守恒推导只有一个副线圈时原、副线圈中的电流与匝数的关系. (3)根据能量守恒推导有多个副线圈时原、副线圈中的电流与匝数的关系.[答案] (1)理想变压器的理想化条件一般指的是：忽略原、副线圈内阻上的分压，忽略原、副线圈磁通量的差别，忽略变压器自身的能量损耗.所以理想变压器的输入功率等于输出功率，即P 入＝P 出.(2)由能量守恒有P 入＝P 出，即U 1I 1＝U 2I 2. 所以I 1I 2＝U 2U 1＝n 2n 1.(3)若有多个副线圈，则P 1＝P 2＋P 3＋…，即U 1I 1＝U 2I 2＋U 3I 3＋…将U 1∶U 2∶U 3∶…＝n 1∶n 2∶n 3∶…代入得 n 1I 1＝n 2I 2＋n 3I 3＋…1.功率关系从能量守恒看，理想变压器的输入功率等于输出功率，即P 入＝P 出. 2.电流关系(1)只有一个副线圈时，由U 1I 1＝U 2I 2，得：n 1I 1＝n 2I 2，即I 1I 2＝n 2n 1.(2)当有多个副线圈时，由I 1U 1＝I 2U 2＋I 3U 3＋…得：n 1I 1＝n 2I 2＋n 3I 3＋….例2 (多选)如图2所示，一理想变压器的原线圈匝数为n 1＝1100匝，接电压U 1＝220V 的交变电流，副线圈接“20V 10W ”的灯泡，灯泡正常发光，可知( )图2A.副线圈的匝数n 2＝200匝B.副线圈中的电流I 2＝0.5AC.原线圈中的输入功率为10WD.原线圈中的电流I 1＝0.1A [答案] BC[解析] 由于理想变压器原、副线圈两端的电压比U 1U 2＝n 1n 2，则副线圈匝数n 2＝100匝，A 错误；理想变压器的原、副线圈的功率相等，所以原线圈的输入功率为10W ，C 正确；由功率P ＝UI可得副线圈中的电流I2＝0.5A，原线圈中的电流I1＝n2n1I2≈0.045A，B正确，D错误.三、自耦变压器和互感器1.自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈，如果把整个线圈作为原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压，反之则可以升高电压，如图3所示.图32.互感器交流电压表和交流电流表都有一定的量度范围，不能直接测量高电压和大电流.互感器是利用变压器的原理来测量高电压或大电流的仪器.(1)电压互感器：实质是降压变压器，可以把高电压变成低电压(如图4所示).电压互感器应并联接入电路.(2)电流互感器：实质是升压变压器，可以把大电流变成小电流(如图5所示).电流互感器应串联接入电路.图4图5例3(多选)图6甲、乙是配电房中的互感器和电表的接线图，下列说法中正确的是()图6A.线圈匝数n1<n2，n3<n4B.线圈匝数n1>n2，n3>n4C.甲图中的电表是电压表，输出端不可短路D.乙图中的电表是电流表，输出端不可断路[答案]CD[解析]题图甲中的原线圈并联在电路中，为电压互感器，是降压变压器，n1>n2，其中的电表为电压表；题图乙中的原线圈串联在电路中，为电流互感器，是升压变压器，n3<n4，其中的电表为电流表，故选项C、D正确.例4 一自耦变压器如图7所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a 、b 间作为原线圈.通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c 、d 间作为副线圈，在a 、b 间输入电压为U 1的交变电流时，c 、d 间的输出电压为U 2，在将滑动触头从M 点顺时针转到N 点的过程中( )图7A.U 2>U 1，U 2降低B.U 2>U 1，U 2升高C.U 2<U 1，U 2降低D.U 2<U 1，U 2升高[答案] C[解析] 由U 1U 2＝n 1n 2，n 1>n 2知U 2<U 1；滑动触头从M 点顺时针旋转至N 点过程，n 2减小，n 1不变，U 1不变，则U 2降低，C 项正确. 四、理想变压器的动态分析 1.电压、电流、功率的制约关系(1)电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比n 1n 2一定时，输入电压U 1决定输出电压U 2，即U 2＝n 2U 1n 1. (2)功率制约：P 出决定P 入，P 出增大，P 入增大；P 出减小，P 入减小；P 出为0，P 入为0. (3)电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比n 1n 2一定，且输入电压U 1确定时，副线圈中的输出电流I 2决定原线圈中的电流I 1，即I 1＝n 2I 2n 1(只有一个副线圈时).2.对理想变压器进行动态分析的两种常见情况：(1)原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是R →I 2→P 出→P 入→I 1.(2)负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n 1、n 2→U 2→I 2→P 出→P 入→I 1.例5(多选)(2018·孝感市八校联盟高二下学期期末联考)理想变压器的原线圈连接一只理想电流表，副线圈接入电路的匝数可以通过滑动触头Q调节，如图8所示，在副线圈上连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑片.原线圈两端接在电压为U的交流电源上.则()图8A.保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表的读数变小B.保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表的读数变大C.保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表的读数变大D.保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表的读数变小[答案]AC[解析]在原、副线圈匝数比一定的情况下，变压器的输出电压由输入电压决定.因此Q位置不变时，输出电压不变，此时P向上滑动，副线圈电路总电阻增大，则输出电流减小，输入电流也减小，故电流表的读数变小，故A正确，B错误.P位置不变，将Q向上滑动，则输出电压变大，输出电流变大，输入电流也变大，则电流表的读数变大，故C正确，D错误.针对训练(2018·三明市高二下学期期末联考)如图9所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R，开始时，开关K断开，当K接通时，以下说法正确的是()图9A.副线圈两端M 、N 的输出电压减小B.副线圈输电线等效电阻R 上的电压减小C.通过灯泡L 1的电流增大D.原线圈中的电流增大 [答案] D[解析] 输入电压和匝数比不变，由U 1U 2＝n 1n 2知副线圈的输出电压不变，A 错误；当K 接通时，副线圈电路的总电阻减小，总电流I 2变大，电阻R 上的电压增大，并联部分的电压减小，通过灯泡L 1的电流减小，B 、C 错误；由I 1I 2＝n 2n 1知，电流I 2变大，则I 1变大，D 正确.[学科素养] 通过改变原、副线圈的匝数、滑动变阻器滑片的位置、开关闭合等方式分析理想变压器的动态问题，使学生进一步熟练掌握理想变压器的原理，熟练掌握理想变压器原、副线圈中的电压、电流、功率关系：U 1U 2＝n 1n 2，I 1I 2＝n 2n 1(一组副线圈)，P 1＝P 2，及U 1决定U 2、I 2决定I 1、P 2决定P 1等制约关系，培养了学生的综合分析能力，较好地体现了“科学思维”的学科素养.1.(变压器的工作原理)关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是()A.通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变B.穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等C.穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势D.原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈[答案] C[解析]通有正弦交变电流的原线圈产生的磁场是变化的，由于面积S不变，故磁通量Φ变化，A错误；因理想变压器无漏磁，故B错误；由互感现象知C正确；原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能，原、副线圈通过磁场联系在一起，故D错误.2.(理想变压器基本关系的应用)如图10所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝2∶1，和均为理想电表，灯泡电阻R L＝6Ω，AB两端电压u1＝122sin100πt(V).下列说法正确的是()图10A.电流频率为100HzB.的读数为24VC.的读数为0.5AD.变压器输入功率为6W[答案] D[解析] 根据u 1＝122sin100πt (V)及U ＝U m 2知U 1＝12V ，f ＝ω2π＝50Hz ，选项A 错误；根据U 1U 2＝n 1n 2得U 2＝n 2n 1U 1＝12×12V ＝6V ，即的读数为6V ，选项B 错误；又I 2＝U 2R L ＝66A ＝1A ，即的读数为1A ，选项C 错误；根据P 入＝P 出及P 出＝U 22R L ＝626W ＝6W ，选项D 正确.3.(互感器)(多选)如图11所示，L 1、L 2是高压输电线，图中两电表示数分别是220V 和10A ，已知甲图中原、副线圈匝数比为100∶1，乙图中原、副线圈匝数比为1∶10，则( )图11A.甲图中的电表是电压表，输电电压为22000VB.甲图是电流互感器，输电电流是100AC.乙图中的电表是电压表，输电电压为22000VD.图示高压输送电路输入的总功率为2.2×103kW[答案] AD[解析] 题图甲中的原线圈并联在电路中，是电压互感器，电表是电压表，故B 错误；根据U 1U 2＝n 1n 2，有U 1＝n 1n 2U 2＝1001×220V ＝22000V ，故A 正确；题图乙中的原线圈串联在电路中，是电流互感器，电表是电流表，故C 错误；只有一个副线圈的变压器，电流比等于匝数的反比I 1I 2＝n 4n 3，有I 1＝n 4n 3I 2＝101×10 A ＝100 A ，根据P ＝UI 得输入的总功率P ＝U 1I 1＝22 000×100 W ＝2.2×103kW ，故D 正确.4.(理想变压器的动态分析)(2016·天津卷)如图12所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表.下列说法正确的是( )图12A.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R1消耗的功率变大B.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变大C.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表A1示数变大D.若闭合开关S，则电流表A1示数变大，A2示数变大[答案] B[解析]当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，接入电路的阻值变大，变压器副线圈两端电压不变，副线圈中的电流减小，则R1消耗的功率及其两端电压均变小，故电压表的示数变大，选项A错误，B正确；当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，副线圈中的电流减小，则原线圈中的电流也减小，电流表A1示数变小，选项C错误；若闭合开关S，副线圈电路中总电阻减小，副线圈中的电流变大，R1两端电压变大，R2两端电压减小，电流表A2示数减小；原线圈中的电流也变大，电流表A1示数变大，选项D错误.。

高中物理选修3-2学案2：5.4 变压器

5.4变压器[学习目标]1．了解变压器的构造．2．理解互感现象，理解变压器的工作原理．3．理解理想变压器的原、副线圈中电压与匝数的关系，能应用它分析解决问题．4．理解理想变压器的原、副线圈中电流与匝数的关系，能应用它分析解决问题．5．知道课本中介绍的几种常见的变压器．重点：理想变压器的原、副线圈中电压与匝数，电流与匝数的关系难点：分析解决理想变压器基本问题[自主学习]复习回顾1．产生感应电动势的条件是：_____________________________．感应电动势大小与________成正比．法拉第电磁感应定律的表达式为__________________．2．家庭用的电灯、电饭煲、洗衣机的电源都是________V的________电流，而交变电流在送往住户前的电压都很高，要想得到用户需要的电压，就必须经过________改变电压．预习导学一、变压器1．定义：用来改变的设备，称为变压器．2．构造：变压器由一个铁芯和两个线圈组成的．二、理想变压器1．理想变压器是一种模型．理想变压器有三个特点：（1）铁芯封闭性好，无漏磁现象，即穿过原、副线圈两绕组每匝的磁通量Φ都．（2）线圈绕组的电阻，无能损现象．（3）铁芯中的电流不计，铁芯不发热，无能损现象．2．理想变压器的变压原理：是现象，即是变压器变压的成因．3．能量转换：变压器是把电能转化为又把磁场能转化为的装置．三、几种常用的变压器1．自耦变压器2．调压变压器3．互感器①电压互感器②电流互感器[合作探究]探究一．理想变压器的基本关系（1）输出功率等于输入功率P 出＝P 入，U 1I 1＝U 2I 2．（2）原副线圈两端的电压跟匝数成正比：．U 1/U 2=n 1/n 2（3）原副线圈中的电流跟匝数成反比（仅限一个副线圈）：I 1/I 2=n 2/n 1．（4）原副线圈的交变电流的周期T 和频率f 相同．探究二．理想变压器的三个决定关系（1）理想变压器功率决定功率．当副线圈空载时，变压器的输出功率为零，输入功率也为零，并且输入功率随着负载的变化而变化．若同时有多组副线圈工作，则U 1I 1＝U 2I 2＋U 3I 3＋…＋U n I n 成立．（2）理想变压器线圈两端电压由线圈两端电压和匝数比所决定．无论副线圈是否有负载，是单组还是多组，每组副线圈两端电压与原线圈两端电压都满足＝…．（3）理想变压器线圈中的电流决定线圈中的电流．原线圈中的电流随副线圈中电流的增大而增大，当有几组副线圈时，原、副线圈中的电流关系为n 1I 1＝n 2I 2＋n 3I 3＋…，其中n 2、n 3…为工作的副线圈的匝数．探究三、理想变压器的动态分析[独立思考]当负载增大时，哪些物理量是不变的，哪些物理量是变化的？是输出功率决定输入功率还是输入功率决定输出功率？功率和电流间的关系是什么？[当堂检测]1．如图，一理想变压器原、副线圈的匝数比为12；副线圈电路中接有灯泡，灯泡的额定电压为220 V ，额定功率为22 W ；原线圈电路中接有电压表和电流表．现闭合开关，灯泡正常发光．若用U 和I 分别表示此时电压表和电流表的读数，则( )332211n U n U n U ==A．U＝110 V，I＝0.2 AB．U＝110 V，I＝0.05 AC．U＝110 2 V, I＝0.2 AD．U＝110 2 V，I＝0.2 2 A2．如图所示，理想变压器的原线圈接入u＝11 0002sin 100πt(V)的交变电压，副线圈通过电阻r＝6 Ω的导线对“220 V,880 W”的电器R L供电，该电器正常工作．由此可知()A．原、副线圈的匝数比为50 1B．交变电压的频率为100 HzC．副线圈中电流的有效值为4 AD．变压器的输入功率为880 W3．一理想变压器原、副线圈的匝数比为n1:n2＝1:2，电源电压u＝2202sinω t (V)，原线圈电路中接入一熔断电流I0＝1 A的保险丝，副线圈中接入一可变电阻R，如图所示．为了使保险丝不致熔断，调节R时，其阻值最低不能小于()A．440 Ω B．440 2 ΩC．880 Ω D．880 2 Ω4．理想变压器原、副线圈的匝数比为1:15，当原线圈接在6 V的蓄电池两端以后，副线圈的输出电压为()A．90 V B．0.4 VC．6 V D．05．用理想变压器给负载电阻R供电，变压器输入电压一定时，在下列四个办法中，哪种可以使变压器输出功率增加()A．增加变压器原线圈匝数，而副线圈匝数及负载电阻R保持不变B．减小负载电阻的阻值，而变压器原、副线圈匝数不变C．增加负载电阻的阻值，而变压器原、副线圈匝数不变D．减少变压器副线圈匝数，而原线圈匝数和负载电阻保持不变6．普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流，通常要通过电流互感器来连接，图中电流互感器ab一侧线圈的匝数较少，工作时电流为I ab，cd一侧线圈的匝数较多，工作时电流为I cd，为了使电流表能正常工作，则()A．ab接MN、cd接PQ，I ab<I cdB．ab接MN、cd接PQ，I ab>I cdC．ab接PQ、cd接MN，I ab<I cdD．ab接PQ、cd接MN，I ab>I cd7.如图所示，一低压交流稳压器中，变压器的原、副线圈都带有滑动头，通过上下调节P1、P2的位置，可以改变变压器输入、输出电压．图中L是一个小灯泡，R2是定值电阻，R1、R3是滑动变阻器，若要增大灯泡L的亮度，可以采取的办法是()A．P1、P3、P4不动，P2下移B．P1、P2、P3不动，P4下移C．P2、P3、P4不动，P1上移D．P1、P2、P4不动，P3上移二、多项选择题(每小题7分，共21分)8．正常工作的理想变压器的原、副线圈中，数值上不一定相等的是()A．电流的频率B．端电压的峰值C．电流的有效值D．电功率5.4 变压器[答案]1．A 在副线圈电路中，I 2＝P U ＝0.1 A ，再根据U 1U 2＝n 1n 2，及I 1I 2＝n 2n 1，得U 1＝110 V ，I 1＝0.2 A ，故B 、C 、D 错，A 正确．2．C 根据接入电压u ＝11 0002sin 100πt(V)，输入电压有效值为11 000 V ，要使“220 V,880W”的电器正常工作，则通过用电器的电流为I ＝P U＝4 A ，副线圈输出电压为U 出＝Ir ＋U ＝4×6 V ＋220 V ＝244 V ，原、副线圈匝数比等于输入电压与输出电压之比，为2 75061，A 错误，C 正确；交流电的频率f ＝ω2π＝100π2π＝50 Hz ，B 错误；变压器的输出功率P 出＝P R L ＋P r ＝880 W ＋42× 6 W ＝976 W ，D 错误． 3．C 当原线圈电流I 1＝I 0时，副线圈中的电流为I 2＝n 1n 2I 1＝n 1n 2I 0＝12A ，副线圈的输出电压有效值为U 2＝n 2n 1U 1＝n 2U 1m n 12＝440 V ，因此副线圈电路中负载电阻的最小值为R min ＝U 2I 2＝880 Ω.故选项C 正确． 4．D 由于蓄电池向外输出的是直流电，铁芯中磁通量不能发生变化，在副线圈中不能产生感应电动势，所以副线圈的输出电压为0.5．B 由U 1U 2＝n 1n 2，当n 1增加时，U 2减小，P 2＝U 22R，P 2减小，A 错；U 1、n 1、n 2不变，则U 2不变，R 减小时，P 2＝U 22R ，P 2增大，B 正确；C 与B 相反，故C 错误；当n 1、U 1不变，n 2减小时，则U 2减小，由P 2＝U 22R(R 不变)，P 2会减小，D 错． 6．B 根据变压器的工作原理I 1I 2＝n 2n 1解决问题．高压输电线上的电流较大，测量时需把电流变小，根据I 1I 2＝n 2n 1，MN 应接匝数少的线圈，故ab 接MN ，cd 接PQ ，且I ab >I cd ，选项B 正确．7．D 根据变压器的变压原理U 1U 2＝n 1n 2，要增大输出电压，需要使P 1下移或P 2上移；滑动变阻器R 1是分压接法，P 3上移可以使灯泡两端电压增大，灯泡功率也就增大，使其变亮；滑动变阻器R 3的触头P 4上移时才能使灯泡两端的电压增大，使灯泡变亮，所以只有D 项正确．8．BC 理想变压器正常工作时，原、副线圈的输入功率和输出功率相等，变压器不会改变原、副线圈的电流的频率；变压器会改变原、副线圈的端电压和峰值，有效电压，以及原、副线圈中的电流的有效值，故选项B 、C 正确．。

高中物理人教版选修3-2 5.4 变压器教学设计、教案

第四节变压器素养目标定位1.了解变压器的构造，理解变压器的工作原理．2.理解变压器的变压规律和变流规律，并运用此规律解决实际问题．(重点＋难点)3.了解电压互感器和电流互感器．素养思维脉络知识点1 变压器原理1．构造由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成。

(1)原线圈：与__交流电源__相连的线圈。

(2)副线圈：与__负载__相连的线圈。

2．原理 __互感__现象是变压器的工作基础。

原线圈中电流的大小、方向不断变化，在铁芯中激发的__磁场__也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生__感应电动势__。

3．作用改变交变电流的__电压__，不改变交变电流的__周期__和__频率__。

知识点2 电压与匝数的关系1．理想变压器没有__能量损失__的变压器。

2．电压与匝数的关系原、副线圈的电压之比，等于两个线圈的__匝数__之比，即：U 1U 2＝__n 1n 2__。

3．两类变压器(1)降压变压器：副线圈的电压比原线圈的电压__低__的变压器。

(2)升压变压器：副线圈的电压比原线圈的电压__高__的变压器。

思考辨析『判一判』(1)变压器的工作原理是电磁感应。

(√)(2)变压器的工作基础是互感现象。

(√)(3)各种电流接入变压器的输入端，变压器都能正常工作。

(×)(4)原线圈的电压不随副线圈的输出电流的变化而变化。

(√)(5)原线圈的电流随副线圈的输出电流的增大而增大。

(√)(6)理想变压器的原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈。

(×)『选一选』(2019·云南省富宁一中高二下学期期中)如图所示，为四种亮度可调的台灯的电路示意图，它们所用白炽灯泡相同，且都是“220 V,40 W”，当灯泡所消耗的功率都调于20 W时，哪种台灯消耗的功率最小(C)解析：C图为理想变压器调节，而理想变压器不消耗能量，A、B、D三图中均利用电阻来调节灯泡上的电压，故一定要消耗能量。

『想一想』汽车等交通工具中用电火花点燃汽油混合气，如图所示，已知汽车蓄电池电压为12 V，变压器匝数之比为1∶100。

高中物理选修3-2学案3：5.4 变压器

5.4 变压器[学习目标]1.了解变压器的构造及工作原理。

2.探究理想变压器的原、副线圈中电压与匝数关系，电流与匝数关系。

3.体会理想化模型在物理学研究中的重要性。

[重点难点]1．探究变压器的匝数与线圈两端的电压的关系并能用它解决基本问题2．从电磁感应的角度和能量的转化与守恒的角度深刻理解变压器的工作原理3．“探究变压器的匝数与线圈两端的电压的关系”实验，从能量的转化与守恒的角度理解变压器的工作原理。

[学习内容]课前自学一、变压器1、探究一：出示可拆变压器，仔细观察，变压器主要由哪几部分构成？变压器是由和组成.一个线圈跟电源连接，叫线圈（或线圈），另一个线圈跟负载连接，叫线圈（或线圈）.两个线圈都是绝缘导线绕制成的。

铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成.画出变压器的结构示意图和符号：师生互动共同探讨变压器的工作原理：实验探究：(1)．变压器的作用问题1：按照书上所给的电路图接好线路，从电磁感应方面入手说明小灯泡为什么会亮？问题2：变压器为什么能改变电压？问题3：原副线圈的匝数，与原副线圈中的电压有着什么样的定量关系呢？2、探究二：变压器两个线圈的电压关系（1）．设计实验电路（2）．将不同的原副线圈接入线路测出线圈当中的电压添入下表：学生归纳，得出结论：3、升压变压器有什么特点？降压变压器有什么特点？二、理想变压器1．能量损耗探究1：使用可拆变压器有不闭合到闭合，观察接在副线圈两端的小灯泡的亮度变化?试分析原因？探究2：做过实验的变压器铁芯用手触摸有什么感觉？说明了什么？触摸变压器的原副线圈有什么感觉？说明什么？小结：实际的变压器在运行时，哪些地方有损耗呢？强调：变压器在工作过程中，电能和磁能的相互转化是最主要的因素，而伴随而来的损耗是一些次要因素。

为了研究问题的方便，我们突出主要因素，忽略次要因素。

这种方法叫________________,这是科学研究的一种常用方法。

因此，我们可以把实际的变压器抽象成理想变压器——一个没有能量损耗的理想模型。

【人教版】高中物理选修3-2优秀学案：5.4 变压器 (1)

学案9 变压器【学习目标】1.了解变压器的构造及几种常见的变压器，理解变压器的工作原理.2.掌握理想变压器的电压与匝数的关系并能用它解决相关问题.3.掌握理想变压器的功率关系，并能推导出原、副线圈的电流关系．一、变压器的原理及电压与匝数的关系[问题设计]把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈通过开关连到交流电源的两端，另一个线圈连到小灯泡上(如图1所示)．图1(1)小灯泡能发光吗？为什么？(2)若小灯泡发光，那么小灯泡两端电压与什么因素有关？(3)若将原线圈接到恒定的直流电源上，小灯泡亮不亮？分析讨论小灯泡亮或不亮的原因．[要点提炼]1．变压器的构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成．与相连接的线圈叫原线圈(匝数用n 1表示，又叫做 )，与负载相连的另一个线圈叫副线圈 (匝数用n 2表示又叫做 )，两个线圈都绕在上．2．变压器的工作基础是．因此变压器只对的电流起作用，对电流不起作用．(后两空选填“变化”或“恒定”)3．变压器中的电压关系：(1)只有一个副线圈：U 1U 2＝n 1n 2. (2)有多个副线圈：U 1n 1＝U 2n 2＝U 3n 3＝……. 4．变压器 (填“能”或“不能”)改变交变电流的频率．5．原、副线圈的地位(1)原线圈在其所处回路中充当负载．(2)副线圈在其所处回路中充当．二、理想变压器中的功率关系及电流关系[问题设计]1．什么是理想变压器？理想变压器原、副线圈中的功率有什么关系？2．若只有一个副线圈，原、副线圈中的电流与匝数有什么关系？3．若有多个副线圈时，电流与匝数间的关系是什么？[要点提炼]1．理想变压器的特点：(1)变压器铁芯内无；无损失．(2)原、副线圈不计，即无能量损失．实际变压器(特别是大型变压器)一般可以看成理想变压器．2．功率关系：．3．电流关系：(1)若只有一个副线圈，有I 1U 1＝，即I 1I 2＝n 2n 1. (2)当有多个副线圈时I 1U 1＝＋＋……得I 1n 1＝＋＋……三、理想变压器中各量的制约关系和动态分析1．变压器工作时的制约关系(1)电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比(n 1n 2)一定时，输入电压U 1决定输出电压U 2，即U 2＝n 2U 1n 1. (2)功率制约：P 出决定P 入，P 出增大，P 入；P 出减小，P 入，P 出为0，P 入为 .(3)电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比(n 1n 2)一定，且输入电压U 1确定时，副线圈中的输出电流I 2决定原线圈中的电流I 1，即I 1＝n 2I 2n 1. 2．对理想变压器进行动态分析的两种常见情况(1)原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是R→I 2→P 出→P 入→I 1；(2)负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n 1、n 2→U 2→I 2→P 出→P 入→I 1.四、各种各样的变压器1．自耦变压器如图2所示，铁芯上只绕一个线圈，低压线圈是高压线圈的一部分，既可以作为升压变压器使用，也可以作为降压变压器使用．图2规律：U 1U 2＝n 1n 2，I 1I 2＝n 2n 1. 2．电压互感器、电流互感器(1)构造：小型变压器，如图3所示．图3(2)接法：电压互感器原线圈并联在高压电路中，副线圈接电压表；电流互感器原线圈串联在被测电路中，副线圈接电流表．为了安全，外壳和副线圈应接地．(3)作用：电压互感器可将高电压变为低电压，通过测量低电压，计算出高压电路的电压．电流互感器将大电流变成小电流，通过测量小电流，计算出被测电路中的大电流．一、对变压器原理的理解例1 关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是 ( )A ．通过正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变B ．穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都相等C ．穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势D ．原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈二、理想变压器基本规律的应用例2理想变压器连接电路如图4甲所示，已知原、副线圈匝数比为10∶1，当输入电压波形如图乙时，电流表读数为2 A，则( )图4A．电压表读数为282 VB．电压表读数为28.2 VC．输入功率为56.4 WD．输入功率为40 W三、理想变压器中的动态分析例3如图5所示为一理想变压器，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈两端的交变电压，I1为原线圈中的电流，则( )图5A．保持U1及P的位置不变，K由a扳向b时，I1将增大B．保持U1及P的位置不变，K由b扳向a时，R消耗功率减小C．保持U1不变，K接在a处，使P上滑，I1将增大D．保持P的位置不变，K接在a处，若U1增大，I1将增大四、各种各样的变压器例4图6甲、乙是配电房中的互感器和电表的接线图，下列说法中正确的是( )图6A．线圈匝数n1<n2，n3<n4B．线圈匝数n1>n2，n3>n4C．甲图中的电表是电压表，输出端不可短路D．乙图中的电表是电流表，输出端不可断路1．(对变压器原理的理解)如图7所示，理想变压器原、副线圈匝数之比n1∶n2＝4∶1，当导线在平行导轨上匀速切割磁感线时，电流表的示数是12 mA，则副线圈中电流表的示数是( )图7A．3 mA B．48 mAC．零 D．与R阻值有关2．(理想变压器基本规律的应用)如图8所示，将额定电压为60 V的用电器，通过一理想变压器接在正弦交变电源上．闭合开关S后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220 V和2.2 A．以下判断正确的是( )图8A．变压器输入功率为484 WB．通过原线圈的电流的有效值为0.6 AC．通过副线圈的电流的最大值为2.2 AD．变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶33．(理想变压器中的动态分析)如图9所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，b是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想交流电表，从某时刻开始在原线圈两端加上交变电压u，其瞬时值表达式为u＝220 2 sin (100πt) V，现把单刀双掷开关与a连接，则( )图9A．电压表的示数为22 VB．流过滑动变阻器的电流的方向每秒改变100次C．在滑动变阻器的触头P向上移动的过程中，电压表和电流表的示数均变大D．若把单刀双掷开关由a扳向b时，保持滑动变阻器的触头P不动，电压表示数变大，电流表的示数变小题组一对理想变压器原理的理解1．如图所示四个电路，能够实现升压的是 ( )2．理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1，以下说法中正确的是( )A．穿过原、副线圈每一匝磁通量之比是10∶1B．穿过原、副线圈每一匝磁通量的变化率相等C．原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为10∶1D．正常工作时原、副线圈的输入、输出功率之比为1∶1题组二理想变压器基本规律的应用3.如图1所示，一理想变压器的原线圈匝数为n1＝1 100匝，接电压U1＝220 V的交流电，副线圈接“20 V 10 W”的灯泡，灯泡正常发光，可知 ( )图1A．副线圈的匝数n2＝200匝B．副线圈中的电流I2＝0.5 AC．原线圈中的输入功率为10 WD．原线圈中的电流I1＝0.1 A4.如图2所示，理想变压器的原线圈接在u＝2202sin (100πt) V的交流电源上，副线圈接有R＝55 Ω的负载电阻．原、副线圈匝数之比为2∶1.电流表、电压表均为理想电表，下列说法中正确的是( )图2A．原线圈中电流表的读数为1 AB．原线圈中的输入功率为220 2 WC．副线圈中电压表的读数为110 2 VD．副线圈中输出交流电的周期为50 s5．一台理想降压变压器从10 kV的线路中降压并提供200 A的负载电流．已知两个线圈的匝数比为40∶1，则变压器的原线圈电流、输出电压及输出功率是( )A．5 A,250 V,50 kWB．5 A,10 kV,50 kWC．200 A,250 V,50 kWD．200 A,10 kV,2×103 kW6.如图3所示为理想变压器，原线圈的匝数为1 000 匝，两个副线圈的匝数n2＝50 匝，n3＝100 匝，L 1是“6 V,2 W”的小灯泡，L 2是“12 V,4 W”的小灯泡，当原线圈接上交流电压时，L 1、L 2都正常发光，那么原线圈中的电流为( )图3A.160 AB.130 AC.120 AD.110A 7.如图4所示，一只理想变压器原线圈与频率为50 Hz 的正弦交变电源相连，两个阻值均为20 Ω的电阻串联后接在副线圈的两端．图中的电流表、电压表均为理想交流电表，原、副线圈分别为200匝和100匝，电压表的示数为5 V ．则 ( )图4A ．电流表的读数为0.5 AB ．流过电阻的交变电流的频率为100 HzC ．交变电源的输出电压的最大值为20 2 VD ．交变电源的输出功率为2.5 W题组三理想变压器中的动态分析8．如图5所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L 1和L 2，输电线的等效电阻为R.开始时，开关S 断开．当开关S 接通时，以下说法中正确的是 ( )图5A ．副线圈两端M 、N 的输出电压减小B ．副线圈输电线等效电阻R 上的电压增大C ．通过灯炮L 1的电流减小D ．原线圈中的电流增大9．如图6所示，某理想变压器的原、副线圈的匝数均可调节，原线圈两端电压为一最大值不变的正弦交流电，在其他条件不变的情况下，为了使变压器输入功率增大，可使 ( )图6A．原线圈匝数n1增加B．副线圈匝数n2增加C．负载电阻R的阻值增大D．负载电阻R的阻值减小题组四各种各样的变压器10．如图7所示，L1和L2是高压输电线，甲、乙是两只互感器，若已知n1∶n2＝1 000∶1，n3∶n4＝1∶100，图中电压表示数为220 V，电流表示数为10 A，则高压输电线的送电功率为( )图7A．2.2×103 W B．2.2×10－2 WC．2.2×108 W D．2.2×104 W11．理想自耦变压器的原线圈接有如图8乙所示的正弦式交变电压，副线圈接有可调电阻R，触头P与线圈始终接触良好，下列判断正确的是( )图8A．交变电源的电压u随时间t变化的规律是u＝U0cos (100πt)B．若仅将触头P向A端滑动，则电阻R消耗的电功率增大C．若仅使电阻R增大，则原线圈的输入电功率增大D．若使电阻R增大的同时，将触头P向B端滑动，则通过A处的电流一定增大。

高中物理选修3-2学案4：5.4变压器

5.4变压器基础知识一、变压器的原理1．变压器的结构：如图所示，为变压器的示意图和在电路图中的符号．(1)变压器的构造：闭合铁芯、原线圈(匝数用n 1表示)、副线圈(匝数用n 2表示)．输入电压是U 1，输出电压是U 2，两个线圈都绕在闭合铁芯上．(2)原线圈：与交流电源相连接的线圈，又叫做初级线圈．(3)副线圈：与负载相连的另一个线圈，又叫做次级线圈．2．变压器的工作基础变压器的工作基础是互感现象．二、电压与匝数的关系1．理想变压器：没有能量损失的变压器．2．电压与匝数的关系：原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比，即U 1U 2＝n 1n 2. 3．降压变压器：副线圈的电压比原线圈的电压低的变压器．4．升压变压器：副线圈的电压比原线圈的电压高的变压器．重点难点一、变压器“变压”的原理1．变压器的工作基础是互感现象，由于互感作用，穿过原、副线圈的磁通量相等，磁通量的变化率ΔΦΔt 相等，若原线圈匝数为n 1，则U 1＝n 1ΔΦΔt ，副线圈匝数为n 2，则U 2＝n 2ΔΦΔt，所以U 1U 2＝n 1n 2.2．变压器的变压关系(1)只有一个副线圈：U 1U 2＝n 1n 2. (2)有多个副线圈：U 1n 1＝U 2n 2＝U 3n 3＝……. 3．原、副线圈的地位(1)原线圈在其所处回路中充当负载．(2)副线圈在其所处回路中充当电源．4．变压器不改变交流电的频率二、理想变压器的功率关系和电流关系1．理想变压器的特点(1)变压器铁芯内无漏磁，无发热损失．(2)原副线圈不计内阻，即无能量损失．2．理想变压器的功率关系从能量守恒看，理想变压器的输入功率等于输出功率，即P 入＝P 出．3．电流关系(1)只有一个副线圈时，有U 1I 1＝U 2I 2，得：n 1I 1＝n 2I 2，即I 1I 2＝n 2n 1. (2)当有多个副线圈时，由I 1U 1＝I 2U 2＋I 3U 3＋……得：n 1I 1＝n 2I 2＋n 3I 3＋…….4．电压、电流、功率的制约关系(1)电压制约：输入电压U 1决定输出电压U 2.(2)功率制约：P 出决定P 入，这体现了能量守恒的特点．(3)电流制约：输出电流I 2决定输入电流I 1.三、几种常见的变压器1．自耦变压器如图所示，铁芯上只绕一个线圈，低压线圈是高压线圈的一部分，既可以作为升压变压器使用，也可以作为降压变压器使用．规律：U 1U 2＝n 1n 2，I 1I 2＝n 2n 1. 2．电压互感器(1)构造：小型降压变压器，如图甲所示．(2)接法：原线圈并联在高压电路中，副线圈接电压表；为了安全，外壳和副线圈应接地．(3)作用：将高电压变为低电压，通过测量低电压，计算出高压电路的电压．3．电流互感器(1)构造：小型升压变压器，如图乙所示．(2)接法：原线圈串联在被测电路中，副线圈接电流表．为了安全，外壳和副线圈应接地．(3)作用：将大电流变成小电流，通过测量小电流，计算出被测电路中的大电流．基础练习1．(单选)如图所示的电路图中，变压器是理想变压器，原线圈匝数n 1＝600匝，装有0.5A 的保险丝，副线圈的匝数n 2＝120匝。

高中物理选修3-2精品学案：5.4 变压器

第4节变压器学习目标核心提炼1.知道变压器的构造以及几种常见的变压器，理解变压器的工作原理。

2个线圈——原线圈、副线圈3个关系——功率关系：P1＝P2、电压关系：U1U2＝n1n2、电流关系：I1I2＝n2n1 3种常见变压器——自耦变压器、电压互感器、电流互感器2.掌握变压器原、副线圈中电压、电流及功率的关系。

3.了解变压器在实际中的应用。

一、变压器的原理阅读教材第41页，了解变压器的结构和工作原理。

1．变压器的构造由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，如图1所示。

图1(1)原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫初级线圈。

(2)副线圈：与负载连接的线圈，也叫次级线圈。

2．变压器的工作原理变压器工作的基础是互感现象，电流通过原线圈时在铁芯中激发的磁场不仅穿过原线圈，也同时穿过副线圈，由于电流的大小、方向在不断变化，铁芯中的磁场也在不断变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势。

3．作用改变交变电流的电压，不改变(选填“改变”“不改变”)交流电的周期和频率。

思考判断(1)变压器是利用互感现象实现了电能向磁场能再到电能的转化。

(√)(2)恒定电流接入变压器后也可发生互感现象，也可起到变压作用。

(×)(3)在理想变压器中原、副线圈的磁通量的变化率是一致的。

(√)(4)理想变压器可以改变交变电流的频率。

(×)二、电压与匝数的关系阅读教材第41～42页，理解原、副线圈的电压与匝数之间的关系。

1．理想变压器：没有能量损失的变压器。

2．电压与匝数的关系：原、副线圈的电压之比，等于两个线圈的匝数之比，即U1 U2＝n1 n2。

3．两类变压器(1)副线圈电压比原线圈电压低的变压器叫降压变压器。

(2)副线圈电压比原线圈电压高的变压器叫升压变压器。

4．应用(1)远距离输电中，升压和降压后提供给用户。

(2)满足各种不同电压要求的用电设备。

思考判断(1)理想变压器的输入功率和输出功率相等。

(√)(2)输入交变电流的频率越高，输出交变电流的电压就越高。

人教版高中物理选修3-2学案：5.4 变压器2

学案10 变压器1．______现象是变压器工作的基础．原线圈中的交变电流在铁芯中产生交变磁通量，不仅穿过________也穿过________，则副线圈中就要产生______．尽管原、副线圈没有导线相连，电能却可以通过磁场从原线圈到达副线圈．2．原、副线圈的电压之比等于两个线圈的__________，公式表示为______________．如果原线圈的匝数大于副线圈的匝数，则副线圈得到的电压比原线圈低，这种变压器称为____________；如果原线圈的匝数小于副线圈的匝数，则副线圈得到的电压比原线圈高，这种变压器称为__________．3．关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是( )A．通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变B．穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等C．穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势D．原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈4．对理想变压器，下列说法中正确的是( )A．原线圈的输入功率，随着副线圈的输出功率增大而增大B．原线圈的输入电流，随副线圈的输出电流增大而增大C．原线圈的电流，不随副线圈的输出电流变化而变化D．当副线圈的电流为零时，原线圈的电压也为零5．某变电站用原、副线圈匝数比为n1∶n2的变压器，将远距离输送的电能送给用户，如图1所示，将变压器看作理想变压器，当变压器正常工作时，下列说法正确的是( )图1A．原、副线圈电压比为n2∶n1B．原、副线圈电流比为n1∶n2C．原、副线圈电压比为n1∶n2D．变压器的输入功率与输出功率的比为n1∶n2【概念规律练】知识点一变压器的基本规律1．如图2所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为20∶1，原线圈接正弦交流电源，副线圈接入“220 V,60 W”灯泡一只，且灯泡正常发光，则( )图2A ．电流表的示数为32220A B ．电源输出功率为1 200 WC ．电流表的示数为3220A D ．原线圈端电压为11 V2．某变压器原、副线圈匝数比为55∶9，原线圈所接电源电压按如图3所示的规律变化，副线圈接有负载，下列判断正确的是( )图3A ．输出电压的最大值为36 VB ．原、副线圈中电流之比为55∶9C ．变压器输入、输出功率之比为55∶9D ．交流电源电压有效值为220 V ，频率为50 Hz知识点二常见变压器3．如图4所示，M 、N 为两条交流输电线，甲、乙两图是配电室中的互感器和交流电表的两种接线示意图，以下说法正确的是( )图4A．在乙图中，线圈N4的导线一定比线圈N3的导线粗B．甲图中的电表是交流电流表，乙图中的电表是交流电压表C．甲图中的电表是交流电压表，乙图中的电表是交流电流表D．甲、乙两图中的电表均为交流电流表4．如图5所示，自耦变压器输入端A、B接交流稳压电源，其电压有效值U AB＝100 V，R0＝40 Ω，当滑动片处于线圈中点位置时，C、D两端电压的有效值U CD为________V，通过电阻R0的电流有效值为________A.图5【方法技巧练】一、变压器动态问题的分析方法5．如图6所示为一理想变压器，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈的电压，则( )图6A．保持U1及P的位置不变，K由a合到b时， I1将增大B．保持P的位置及U1不变，K由b合到a时，R消耗功率将减小C．保持U1不变，K合在a处，使P上滑，I1将增大D．保持P的位置不变，K合在a处，若U1增大，I1将增大图76．如图7所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2，输电线等效电阻为R.开始时，开关S断开．当S接通时，以下说法中正确的是( )A．副线圈两端M、N的输出电压减小B．副线圈输电线等效电阻R上的电压增大C．通过灯泡L1的电流减小D．原线圈中的电流增大二、有多个副线圈的理想变压器问题的分析方法7．理想变压器如图8所示，原线圈匝数n1＝1 000匝，两副线圈匝数分别为n2＝600匝，n3＝200匝，当原线圈两端接在220 V的交流电源上时，原线圈上电流为2 A，通过R2的电流为1 A，则通过R3的电流为( )图8A．10 A B．7 A C．3 A D．1 A8．如图9所示，一台有两个副线圈的理想变压器，原线圈匝数n1＝1 100匝，接入电压U1＝220 V的电路中．图9(1)要求在两个副线圈上分别得到电压U2＝6 V，U3＝110 V，它们的匝数n2、n3分别为多少？(2)若在两副线圈上分别接上“6 V，20 W”、“110 V，60 W”的两个用电器，原线圈的输入电流为多少？1．理想变压器工作时，原线圈输入与副线圈输出的物理量一定相同的是( )A．电压有效值 B．电流有效值C．交变电流频率 D．交流电功率2．如图10所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝4∶1，当导体棒l在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时，电流表的示数是12 mA，则电流表的示数为( )图10A．3 mA B．0 mA C．48 mA D．与负载R的值有关3．在绕制变压器时，某人将两个线圈绕在如图11所示变压器铁芯的左右两个臂上．当通以交流电时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，另一半通过中间的臂．已知线圈1,2的匝数之比n1∶n2＝2∶1.在不接负载的情况下( )图11A．当线圈1输入电压为220 V时，线圈2输出电压为110 VB．当线圈1输入电压为220 V时，线圈2输出电压为55 VC．当线圈2输入电压为110 V时，线圈1输出电压为220 VD．当线圈2输入电压为110 V时，线圈1输出电压为110 V4．一理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，原线圈输入电压的变化规律如图12甲所示，副线圈所接电路如图乙所示，P为滑动变阻器的触头．下列说法正确的是( )图12A．副线圈输出电压的频率为50 HzB．副线圈输出电压的有效值为31 VC．P向右移动时，原、副线圈的电流比减小D．P向右移动时，变压器的输入功率增加5．一台理想变压器从10 kV的线路中降压并提供200 A的负载电流．已知两个线圈的匝数比为40∶1，则变压器原线圈的电流、输出电压及输出功率是( )A．5 A,250 V,50 kW B．5 A,10 kV,50 kWC．200 A,250 V,50 kW D．200 A,10 kV,2×103 kW6．一理想变压器的原线圈上接有正弦交变电压，其最大值保持不变，副线圈有可调电阻R.设原线圈的电流为I1，输入功率为P1，副线圈的电流为I2，输出功率为P2.当R增大时( )A．I1减小，P1增大 B．I1减小，P1减小C．I2增大，P2减小 D．I2增大，P2增大7．如图13所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为1∶5，原线圈两端的交变电压为u＝202sin 100πt V．氖泡在两端电压达到100 V时开始发光．下列说法中正确的有( )图13A．开关接通后，氖泡的发光频率为100 HzB．开关接通后，电压表的示数为100 VC．开关断开后，电压表的示数变大D．开关断开后，变压器的输出功率不变8．图14所示是霓虹灯的供电电路，电路中的变压器可视为理想变压器．已知变压器原线圈与副线圈匝数比n1n2＝120，加在原线圈的电压为u1＝311sin 100πt V，霓虹灯正常工作的电阻R＝440 kΩ，I1、I2表示原、副线圈中的电流．下列判断正确的是( )图14A．副线圈两端电压6 220 V，副线圈中的电流14.1 mAB．副线圈两端电压4 400 V，副线圈中的电流10 mAC．I1<I2D．I1>I29．如图15甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，R1＝20 Ω，R2＝30 Ω，C为电容器．已知通过R1的正弦式交变电流如图14乙所示，则( )图15A．交变电流的频率为0.02 HzB．原线圈输入电压的最大值为200 2 VC．电阻R2的电功率约为6.67 WD．通过R3的电流始终为零10．如图16所示，理想变压器线圈匝数比n1∶n2＝2∶1，分别接有相同的两只灯泡A和B，若在a、b间接正弦式交流电源，电源电压为U，则B灯两端电压为( )图16A．0.5U B．2U C．0.2U D．0.4U11．如图17所示的变压器的原线圈1接到220 V的交流电源上．副线圈2的匝数n2＝30匝，与一个“12 V 12 W”的灯泡L连接，L能正常发光．副线圈3的输出电压U3＝110 V，与电阻R连接，通过R的电流为0.4 A，求：图17(1)副线圈3的匝数n3 .(2)原线圈1的匝数n1和电流I1.12．如图18所示，一个变压器(可视为理想变压器)的原线圈接在220 V的市电上，向额定电压为1.80×104 V的霓虹灯供电，使它正常发光．为了安全，需在原线圈回路中接入熔断器，使副线圈电路中电流超过12 mA时，熔丝就熔断．图18(1)熔丝的熔断电流是多大？(2)当副线圈电路中电流为10 mA时，变压器的输入功率是多大？13．如图19所示，交流发电机电动势的有效值E＝20 V，内阻不计，它通过一个R＝6 Ω的指示灯连接变压器．变压器输出端并联24只彩色小灯泡，每只灯泡都是“6 V，0.25 W”，灯泡都正常发光，导线电阻不计．求：图19(1)降压变压器初级、次级线圈匝数比．(2)发电机的输出功率．高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

2019-2020学年度人教版选修3-2 5.4变压器教案(8)

课题 5.4变压器课型新授课教学目标知识与技能：1.了解变压器的构造及工作原理。

2. 掌握理想变压器的电压、电流与匝数间关系。

3.掌握理想变压器工作规律并能运用解决实际问题过程与方法1．通过观察演示实验，培养学生物理观察能力和正确读数的习惯。

2．从变压器工作规律得出过程中培养学生处理实验数据及总结概括能力。

3．从理想变压器概念引入使学生了解物理模型建立的基础和建立的意义。

情感态度与价值观1．通过原副线圈的匝数与绕线线径关系中体会物理学中的和谐、统一美。

2．让学生充分体会能量守恒定律的普遍性及辩证统一思想。

3．培养学生尊重事实，实事求是的科学精神和科学态度。

教学重点变压器工作原理及工作规律。

教学难点(1)理解副线圈两端的电压为交变电压。

(2)推导变压器原副线圈电流与匝数关系。

(3)掌握公式中各物理量所表示对象的含义教学方法(1)通过演示实验来研究变压器工作规律使学生能在实验基础上建立规律。

(2)通过理想化模型建立及理论推导得出通过原副线圈电流与匝数间的关系。

(3)通过运用变压器工作规律的公式来解题使学生从实践中理解公式各物理量的含义教学过程(一)明确目标通过实验得出变压器工作规律并能运用解决实际问题。

(二)整体感知这节内容承上启下，它是电磁感应知识与交变电流概念的综合应用，体现出了交变电流的优点，为电能输送奠定了基础。

(三)重点、难点的学习与目标完成过程1．引入新课幻灯打出一组数据从以上表格可看到各类用电器额定工作电压往往不同，可我们国家民用统一供电均为220V，那这些元件是如何正常工作的呢？出示已拆录音机，指出变压器。

这就靠我们这节将要学习的变压器来实现升压、降压，从而使我们各类用电器在供电电压220V以下都能正常工作。

出示可拆式变压器2．讲授新课我们先来了解变压器的构造，请同学观察实物并回答变压器由哪些部分组成。

变压器由一个闭合铁心和两个绕在铁心上的线圈组成。

闭合铁心是由极薄彼此绝缘的硅钢片叠压而成，(实物呈现，各组由前往后传)现在我们用符号来表示变压器。

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第五章　交变电流4　变压器学习目标1.知道变压器的构造及几种常见的变压器.2.用实验探究变压比关系,认识变压器的原理基础.3.理解理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系.自主探究1.变压器是由和组成的.一个与交流电源连接,叫做 ,也叫初级线圈;另一个线圈与负载连接,叫做 ,也叫次级线圈.2. 是变压器工作的基础.没有能量损失的变压器叫做 .3.理想变压器的原、副线圈两端的电压之比,等于 .合作探究一、变压器的原理生活中常用电器的额定工作电压:用电器额定工作电压用电器额定工作电压随身听3V机床上的照明灯36V扫描仪12V防身器3000V手机充电器4.2V黑白电视机显像管几万伏录音机6V彩色电视机显像管十几万伏思考讨论:生活中的用电器一般都可以使用220V的交流电源,与它们的额定工作电压都不相同,用电器是如何正常工作的呢?思路点拨:变压器可以降低电压也可以升高电压,通过变压器得到用电器所需的合适电压.实物观察:观察变压器的构造.对应可拆式变压器实物和课本中的图片介绍变压器的构造及标示符号,说明闭合铁芯是由极薄且彼此绝缘的硅钢片叠压而成的.自主学习:阅读课本P41“变压器的原理”的内容,总结出相关的知识.1.变压器的工作原理是 .电流通过原线圈时在铁芯中激发 ,由于电流的大小、方向在不断变化,铁芯中的也在不断变化. 在副线圈中产生感应电动势,所以尽管两个线圈之间没有导线相连,副线圈也能够输出 .2.从能量角度看,显然变压器不能产生电能,它只是利用闭合铁芯通过将电能从原线圈转移到副线圈,实现电能到再到电能的转化.二、电压与匝数的关系实验探究:探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系.猜想假设:变压器线圈两端的电压可能与原、副线圈匝数有关.设计实验:小组讨论设计实验方案:(1)实验电路:(2)操作方法:控制变量法.(3)实验表格:原线圈匝数n 1副线圈匝数n 2原线圈两端电压U 1(V )副线圈两端电压U 2(V )n 1n 2U 1U 210010610100206520020610(4)实验步骤:A.按实验电路连接实验器材;B.保持原线圈的匝数不变,增加或减少副线圈的匝数,测量副线圈两端的电压C.保持副线圈的匝数不变,增加或减少原线圈的匝数,测量副线圈两端的电压;D.分析实验数据,得出实验结论.注意事项:(1)输入电压不超过12 V .(2)手不能接触裸露的导线、接线柱.(3)电压表先用最大量程试测,然后再选用适当挡位进行测量.进行实验:分组实验连接好电路,记录的数据填入表格.数据分析:分析处理实验数据并得出实验结论.实验结论:在实验误差范围内,原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比,即=.U 1U 2n 1n 2自主学习:阅读课本P 42~P 43“电压与匝数的关系”的内容,学习相关的知识.1.理想变压器的特点(1) . (2) . (3) . 2.理想变压器的基本规律(1)电压关系: . (2)功率关系: . (3)电流关系: .课堂检测1.理想变压器的原、副线圈中一定相同的物理量有( )A.交变电流的频率B.磁通量的变化率C.功率D.交变电流的峰值2.关于理想变压器的说法正确的是( )A.理想变压器不考虑铁芯漏磁与发热B.=只适用于一个原线圈和一个副线圈组成的变压器U 1U 2n 1n 2C.在理想变压器中,无论有几个线圈,一定有输入功率等于输出功率,即P 入=P 出D.在理想变压器中,即使有多个(大于等于3个)线圈同时工作,=也同样适用I 1I 2n 2n 13.如图所示,匝数为100的矩形线圈abcd 处于磁感应强度B= T 的水平匀强磁场中,线6225π圈面积S=0.5 m 2,内阻不计.线圈绕垂直于磁场的轴以角速度ω=10π rad/s 匀速转动,线圈通过金属滑环与理想变压器原线圈相连,变压器的副线圈接入一只“12 V 12 W ”的灯泡,灯泡正常发光,下列说法中正确的是( )A.通过灯泡的交变电流的频率是50 HzB.变压器原、副线圈匝数之比为10∶1C.矩形线圈中产生的电动势的最大值为120 VD.若将灯泡更换为“12 V 24 W ”且保证其正常发光,需要增大矩形线圈的转速4.如图所示,理想变压器的原、副线圈匝数比为1∶5,原线圈两端的交变电压为u=20sin 100πt (V),氖泡在两端电压达到100 V 时开始发光,下列说法中正确的有( )2A.开关接通后,氖泡的发光频率为100 HzB.开关接通后,电压表的示数为100 VC.开关断开后,电压表的示数变大D.开关断开后,变压器的输出功率不变5.变压器原线圈1 400匝,副线圈700匝并接有电阻R ,当变压器工作时,原、副线圈中( )A.频率比为2∶1B.功率比为2∶1C.电流比为2∶1D.电压比为2∶16.如图所示,可以将电压升高供给电灯的变压器是图( )7.如图所示,理想变压器原、副线圈匝数之比为20∶1,原线圈接正弦交流电源,副线圈接入“220 V 60 W ”的灯泡一只,且灯泡正常发光.则( )A.电流表的示数为 AB.电源输出功率为1 200 W 32220C.电流表的示数为 AD.原线圈的端电压为11 V32208.理想变压器原、副线圈的匝数比为1∶15,当原线圈接在6 V 的蓄电池两端以后,副线圈的输出电压为( )A.90 VB.0.4 VC.6 VD.09.如图所示,理想变压器的原线圈接入u=11 000sin 100πt (V)的交变电压,副线圈通过2电阻r=6 Ω的导线对“220 V 880 W ”的电器R L 供电,该电器正常工作.由此可知( )A.原、副线圈的匝数比为50∶1B.交变电压的频率为100 HzC.副线圈中电流的有效值为4 AD.变压器的输入功率为880W10.一输入电压为220V、输出电压为36V的变压器副线圈烧坏,为获知此变压器原、副线圈匝数,某同学拆下烧坏的副线圈,用绝缘导线在铁芯上新绕了5匝线圈,如图所示,然后将原线圈接到220V交流电源上,测得新绕线圈的端电压为1V.按理想变压器分析,该变压器烧坏前的原、副线圈匝数分别为( )A.1100、360B.1100、180C.2200、180D.2200、36011.如图所示,与理想变压器相连的四只灯泡相同,变压器原、副线圈的匝数比为3∶1,接在副线圈上的三只灯泡正常发光.则对于串联在原线圈上的灯泡A( )A.比正常发光时的亮度更大B.也能正常发光C.比正常发光时的亮度更暗D.无法判断其亮度情况12.如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,电压表和电流表均为理想交流电表,从某时刻开始在原线圈两端加上瞬时值表达式为u=220sin100πt(V)的交变电压,则( )2A.电压表的示数为22V2B.在滑动变阻器滑片P向上移动的过程中,电流表A2的示数变小C.在滑动变阻器滑片P向上移动的过程中,电流表A1的示数变大D.在滑动变阻器滑片P向上移动的过程中,理想变压器的输入功率变小13.如图所示,某理想变压器的原、副线圈的匝数均可调节,原线圈两端电压为一最大值不变的正弦式交流电源,在其他条件不变的情况下,为了使变压器输入功率增大,可使( )A.原线圈匝数n1增加B.副线圈匝数n2增加C.负载电阻R的阻值增大D.负载电阻R的阻值减小14.变压器副线圈电路中有电阻R=7.26Ω,消耗功率为6W.另有一匝线圈接有电压表,读数U0=50mV.原线圈两端电压为u=311sin100πt(V).求原、副线圈的匝数和铁芯内的磁通量变化率的表达式(如图所示).15.如图所示,一台有两个副线圈的变压器,原线圈匝数n1=1100,接入电压U1=220V的电路中.(1)要求在两个副线圈上分别得到电压U 2=6 V,U 3=110 V,它们的匝数n 2、n 3分别为多少?(2)若在两副线圈上分别接上“6 V 20 W ”“110 V 60 W ”的两个用电器,原线圈的输入电流为多少?参考答案自主探究1.闭合铁芯　绕在铁芯上的两个线圈　原线圈　副线圈2.互感现象　理想变压器3.两个线圈的匝数之比合作探究一、变压器的原理1.互感现象　磁场　磁场　变化的磁场　电流2.交变磁场　磁场能二、电压与匝数的关系1.(1)无漏磁现象　(2)线圈电阻不计　(3)铁芯不发热2.(1)=　(2)P 出=P 入,U 1I 1=U 2I 2　(3)=U 1U 2n 1n 2I 1I 2n 2n 1课堂检测1.ABC 解析:理想变压器没有漏磁,没有能量损失,所以原、副线圈中磁通量变化率相同,原、副线圈中功率相同,B 、C 两项正确;变压器的原理是互感现象,其作用是改变电压峰值,不改变频率,A 项正确,D 项错误.2.AC 解析:理想变压器是不计一切损失的变压器,A 、C 两项正确;=可适用于多个线U 1U 2n 1n 2圈组成的变压器的任意两个线圈之间,B 项错误;=只适用于一个原线圈、一个副线圈工作的I 1I 2n 2n 1变压器,D 项错误.3.B 解析:由ω=2πf 知,交变电流的频率是5 Hz,A 项错误;矩形线圈中产生感应电动势的最大值为E max =NBSω=120 V,C 项错误;变压器输入电压为U 1==120 V,由=知,B 项2E max 2n 1n 2U 1U 2正确;由U 2=U 1可知,U 2大小与负载无关,D 项错误.n 2n 14.AB 解析:由交变电压的瞬时值表达式知,原线圈两端电压的有效值为U 1=V =20 V,2022由=得,副线圈两端的电压为U 2=100 V,电压表的示数为交变电压的有效值,B 项正确;交变n 1n 2U 1U 2电压的频率为f= Hz =50 Hz,一个周期内电压两次大于100 V,即一个周期内氖泡能两次发100π2π光,所以其发光频率为100 Hz,A 项正确;开关断开前后,输入电压不变,变压器的变压比不变,故输出电压不变,C 项错误;断开后,电路消耗的功率减小,输出功率决定输入功率,D 项错误.5.D 解析:由于变压器不能改变交变电流的功率和频率,所以原、副线圈电流功率和频率之比均为1∶1,A 、B 两项错误;而根据电流与匝数之间的关系=得电流比为1∶2,C 项错误;I 1I 2n 2n 1根据电压与匝数之间的关系=得电压比为2∶1,D 项正确.U 1U 2n 1n 26.C 解析:变压器应该接在交流电路中,升压变压器中副线圈的匝数大于原线圈的匝数.7.C 解析:由灯泡正常发光,可知副线圈电压为220 V,由=可知,原线圈电压U 1U 2n 1n 2U 1=20×220 V =4 400 V,D 项错误;又因输入功率等于输出功率,P 1=P 2=60 W,故B 项错误;电流表示数为有效值,原线圈中电流I 1== A = A,故A 项错误,C 项正确.P 1U 1604 40032208.D 解析:由于蓄电池向外输出的是恒定电流,铁芯中磁通量不能发生变化,在副线圈中不能产生感应电动势,所以副线圈的输出电压为0.9.C 解析:由P=UI 可得,I==4A,C 项正确;根据U r =Ir=24 V 得,副线圈电压P LU LU 2=U L +U r =244 V,再由=可得,n 1∶n 2=2 750∶61≈45∶1,A 项错误;由u=11 000sinn 1n 2U 1U 22100πt (V)及f=可得,f=50Hz,B 项错误;因导线电阻消耗电能,故变压器输入功率为ω2πP=P L +I 2r=976 W,D 项错误.10.B 解析:由=得,=,=,解得,n 1=1 100、n 2=180,B项正确.U 1U 2n 1n 2220V 36V n 1n 2220V 1V n 1511.B 解析:灯泡A 的亮度如何,主要看灯泡A 的功率是多大,在本题中就是看通过灯泡A 的电流如何变化.设每只灯泡的额定电流为I 0,因并联在副线圈两端的三只灯泡正常发光,所以副线圈中的电流I 2=3I 0.由=,得原线圈的电流I 1=I 2=I 0,恰为灯泡A 的额定电流,因此灯泡I 1I 2n 2n 1n 2n 1A 也能正常发光.12.BD 解析:电压表的示数为有效值,应为22 V;在滑动变阻器滑片P 向上移动的过程中,由于电压不变,变阻器接入电路中的电阻变大,所以电流表A 2的示数变小,电流表A 1的示数也变小,输入功率变小,B 、D 两项正确.13.BD 解析:由=,P 出=,可得P 出=.又因为P 入=P 出,所以P 入=.分析可知,U 1U 2n 1n 2U 22RU 12n 22n 12RU 12n 22n 12RB 、D 两项正确.14.解析:由题中条件可知该变压器每匝线圈感应电压有效值为50 mV .由P 2=可得,U 2=6.6 V,即可得n 2==132.U 22R6.6V0.05V 由原线圈上电压表达式可知,交流电压U 1的有效值为U 1=220 V,由=得,原线圈匝数n 1=4 400.U 1U 2n 1n 2铁芯内磁通量的变化率即单匝线圈的感应电动势,其最大值为0.05V,表达式为2=0.05sin 100πt (Wb/s).ΔΦΔt 2答案:原线圈匝数为4 400　副线圈匝数为132　=0.05sin 100πt (Wb/s)ΔΦΔt 215.解析:(1)根据原、副线圈间电压与匝数的关系,由=,=,得U 1U 2n 1n 2U 1U 3n 1n 3n 2=n 1=×1 100=30,n 3=n 1=×1 100=550.U 2U 16220U 3U 1110220(2)设原线圈输入电流为I 1,由P 入=P 出得I 1U 1=I 2U 2+I 3U 3=P 2+P 3所以I 1== A =0.36 A .P 2+P 3U 120+60220答案:(1)30　550　(2)0.36 A。